Stwierdzono, że leczenie ukierunkowane na neurony oparte na białkach wiążących DNA palca cynkowego — zwanych ZFP — obniża poziom zmutowanej huntingtyny (mHTT) w mózgu w mysim modelu z chorobą Huntingtona.

Badanie wykazało, że białka palca cynkowego uratowały deficyty behawioralne i wydłużyły przeżycie u tych myszy.

ZFP należą do najbardziej rozpowszechnionych białek i biorą udział w kilku procesach, w tym w regulacji aktywności genów. W tym badaniu ZFP zostały zaprojektowane w celu powstrzymania produkcji mHTT.

Warto zauważyć, że wcześniejsza interwencja, przed utworzeniem toksycznych skupisk mHTT, była skuteczniejsza w poprawie zachowań niż późniejsze leczenie, mimo że oba podejścia zostały wdrożone przed wystąpieniem objawów.

Badania, „Wkład neuronów i astrocytów w chorobę Huntingtona wypreparowany za pomocą represorów transkrypcji białka palca cynkowego” ukazało się w czasopiśmie Raporty komórkowe i przeprowadzone przez naukowców z UCLA.

rekomendowane lektury

Naukowcy: odkrycia wspierają rozwój białek palca cynkowego

Dodatkowe eksperymenty przeprowadzone przez zespół ujawniły, że uszkodzenie neuronów związane z chorobą w większym stopniu przyczynia się do rozwoju Huntingtona niż dysfunkcja astrocytów podtrzymujących neurony.

Ogólnie rzecz biorąc, według naukowców odkrycia wspierają dalszy rozwój ZFP w celu skutecznego obniżania mHTT jako potencjalnej metody leczenia choroby Huntingtona.

„Chociaż spekulatywne dla człowieka [Huntington’s disease] adaptacja w tym momencie, potencjalnie jednorazowy paradygmat leczenia w celu skorygowania przebiegu choroby zapowiada atrakcyjnego potencjalnego kandydata terapeutycznego” – napisali.

Nasze odkrycia wspierają udoskonalanie translacji i rozwój ZFP

W chorobie Huntingtona defekty w HTT prowadzi do produkcji nienormalnie długiego białka huntingtyny, które, jak się uważa, tworzy toksyczne grudki lub agregaty w całym ciele. Te grudki z kolei powodują objawy choroby – zazwyczaj niekontrolowane ruchy, utratę zdolności myślenia i problemy psychiatryczne.

Jednak choroba dotyka głównie mózg i rdzeń kręgowy, przy czym szczególnie atakuje prążkowie, region mózgu zaangażowany w funkcje motoryczne i nagrody.

Dwa najobficiej występujące typy komórek w mózgu to neurony lub komórki nerwowe oraz komórki w kształcie gwiazdy zwane astrocytami. U osób z chorobą Huntingtona grudki zmutowanego HTT można znaleźć w obu typach komórek.

„Ale jak dysfunkcja w każdym z tych typów komórek przyczynia się do [Huntington’s features] nie została bezpośrednio zbadana [in a living organism]” – napisali naukowcy.

Ten rodzaj wiedzy „jest niezbędny do wyjaśnienia przyczynowych mechanizmów komórkowych powodujących choroby i do zidentyfikowania możliwości terapeutycznych” – napisali.

Aby wypełnić tę lukę w wiedzy, zespół stworzył zmodyfikowanego i nieszkodliwego wirusa, który zawierał gen zawierający instrukcje tworzenia białek palca cynkowego. Te ZFP zostały zaprojektowane w celu stłumienia działalności mHTT gen, szczególnie w neuronach (N-ZFP) lub astrocytach (A-ZFP).

W modelu mysim naśladującym młodzieńczą chorobę Huntingtona, która jest chorobą postępującą szybciej niż bardziej powszechna postać u dorosłych, naukowcy odkryli agregaty mHTT w prążkowiu w wieku 3 miesięcy. Około 98% neuronów i 38% astrocytów zawierało agregaty mHTT.

Kiedy wirus zawierający ZFP – celujący w neurony lub astrocyty – został wstrzyknięty bezpośrednio do prążkowia tych myszy w wieku 4 tygodni, poziomy skupisk mHTT zostały znacznie zmniejszone, o co najmniej 80%, w odpowiednich typach komórek. Nie stwierdzono wpływu na poziom zdrowego HTT.

rekomendowane lektury

Śledzenie myszy w czasie

Prawie dwa miesiące (siedem tygodni) później ponownie zbadano wpływ obniżenia mHTT na neurony lub astrocyty. Naukowcy zmierzyli teraz związane z chorobą Huntingtona zmiany w aktywności genów lub genów o zróżnicowanej ekspresji (DEG).

A-ZFP w większości odwracał profil aktywności genów związanych z chorobą w astrocytach, podczas gdy N-ZFT „nieoczekiwanie nie tylko wykazał skuteczność w przywracaniu neuronalnych DEG, ale także miał regenerujący wpływ na DEG astrocytów” – napisał zespół.

Ponadto 64% DEG w astrocytach znajdowało się poniżej dysfunkcji neuronów, podczas gdy tylko 15% neuronalnych DEG znajdowało się poniżej upośledzenia astrocytów, „co sugeruje, że być może astrocyty reagują na większą dysfunkcję neuronów” – napisali naukowcy.

Główne szlaki uratowane w astrocytach przez A-ZFP były związane z cholesterolem i metabolizmem, podczas gdy główne szlaki uratowane w neuronach przez N-ZFP były związane z regulacją aktywności neuronów, komunikacją między neuronami i sygnalizacją komórkową.

Podobne efekty zaobserwowano w przypadku N-ZFP w drugim mysim modelu Huntingtona, który ma wytwarzać podobne ilości zdrowego białka huntingtyny jak ludzie, oprócz mHTT.

W szczególności stwierdzono, że leczenie N-ZFP zmniejsza poziomy mHTT o około 55% i skutecznie osłabia DEG związane z chorobą Huntingtona zarówno w neuronach, jak i astrocytach.

Następnie badacze przetestowali behawioralny wpływ podawania w całym mózgu leczenia opartego na ZFP w mysim modelu Huntingtona z początkiem młodzieńczym w wieku 4 tygodni. Najpierw odkryli, że N-ZFP i A-ZFP zostały wykryte w całym mózgu i obniżyły poziom agregatów mHTT o 70-80% w odpowiadających im typach komórek.

N-ZFP zmniejszyło nieprawidłowe zachowania związane z chorobą Huntingtona o około 89%, podczas gdy A-ZFP wiązało się z skromniejszą poprawą zachowania, wynoszącą 26%, która generalnie nie osiągnęła istotności statystycznej.

Warto zauważyć, że gdy myszy były leczone dopiero w wieku 7 tygodni, uratowano tylko około 37% zachowań, co podkreśla znaczenie wcześniejszego leczenia dla uzyskania optymalnych efektów terapeutycznych.

Ponieważ agregaty mHTT powstają już w wieku 7 tygodni u zmutowanych myszy, „obniżenie mHTT za pośrednictwem ZFP jest najskuteczniejsze przed utworzeniem agregatów” – napisali naukowcy.

Co więcej, leczenie N-ZFP opóźniło początek niektórych zachowań związanych z chorobą o ponad miesiąc i wydłużyło przeżycie zwierzęcia o około dwa miesiące.

Odkrycia te podkreślają, że „odpowiednio zaplanowane i wczesne przedobjawowe obniżenie poziomu mHTT może zrównoważyć później oczekiwane zmiany molekularne, komórkowe i behawioralne [Huntington’s disease features] u myszy” – napisali naukowcy.

„Nie można przewidzieć sukcesu klinicznego ludzi na podstawie samych badań na myszach, ale nasze odkrycia wspierają udoskonalenie translacji i rozwój ZFP do obniżania neuronalnego mHTT, wraz ze strategiami farmakologicznymi i zastępowania komórek w celu przywrócenia astrocytów [healthy] wsparcie dla [Huntington’s disease]”- dodał zespół.

Naukowcy zauważyli, że ich podejście oparte na ZFP przeanalizowało również „wkład astrocytów i neuronów” w chorobę Huntingtona w modelach zwierzęcych, dodając, że podejście to może być stosowane w „innych chorobach neurodegeneracyjnych, w których oba typy komórek są zaangażowane od ponad wieku ”.